《食品工程原理》复习题答案

《食品工程原理》复习题答案

第一部分 动量传递（流动、输送、非均相物系）

一.名词解释

1.过程速率：是指单位时间内所传递的物质的量或能量。

2.雷诺准数：雷诺将u 、d 、μ、ρ组合成一个复合数群。Re 值的大小可以用来判断流动类型。

3.扬程（压头）：是指单位重量液体流经泵后所获得的能量。

4.分离因数:同一颗粒在同种介质中的离心沉降速度与重力沉降速度的比值。

二.填空题

1.理想流体是指 的流体。（黏度为零）

2.对于任何一种流体，其密度是 和 的函数。（压力，温度）

3.某设备的真空表读数为200mmHg ，则它的绝对压强为 mmHg 。当地大气压强为101.33×103 Pa 。

（560mmHg ）

4.在静止的同—种连续流体的内部，各截面上 与 之和为常数。（位能，静压能）

5.转子流量计读取方便，精确，流体阻力 ，不易发生故障；需 安装。（小，垂直）

6.米糠油在管中作流动，若流量不变,管径不变，管长增加一倍，则摩擦阻力损失为原来的______倍。（2）

7.米糠油在管中作层流流动，若流量不变，管径、管长不变，油温升高，粘度为原来的1/2 ，则摩擦阻力损失为原来的 倍。（1/2）

8.米糠油在管中作层流流动，若流量不变，管长不变, 管径增加一倍，则摩擦阻力损失为原来的_____倍。 （1/16）

9.实际流体在直管内流过时，各截面上的总机械能 守恒，因实际流体流动时有 。

（不，摩擦阻力）

10.任何的过程速率均与该过程的推动力成 比，而与其阻力成 比。（正，反）

11.在离心泵吸入管底部安装带吸滤网的底阀，底阀为 。（逆止阀）

12. 是为了防止固体物质进入泵内，损坏叶轮的叶片或妨碍泵的正常操作。(滤网)

13.离心泵工作时流体流速与压力的变化为:

高压流体泵壳通道逐渐扩大的的离心力机械旋转所造成的气压流体被甩出后常压流体)()((低速流体、高速流体)

14.泵的稳定工作点应是 特性曲线与 特性曲线式M 的交点。（管路，泵或H-q v ）

15.产品样本上离心泵的性能曲线是在一定的 下，输送 时的性能曲线。

（转速，20℃的水或水）

16.用离心泵向锅炉供水，若锅炉中的压力突然升高，则泵提供的流量_____，扬程_________。

（减少；增大）

17.根据操作目的（或离心机功能），离心机分为过滤式、 和 三种类型。

（沉降式、分离式）

18. 常速离心机、高速离心机、超速离心机是根据 的大小划分的。（分离因数）

19.某设备进、出口的表压分别为 -12 kPa 和157 kPa ，当地大气压为101.3 kPa ，试求此设备进、出口的压力差为多少Pa 。 (答：-169kPa) kPa 16915712-=--=-=?出进P P P

三.选择题

1.在连续稳定的不可压缩流体的流动中，流体流速与管道的截面积( A )关系。

A ．反比 B.正比 C.不成比

2.当流体在园管内流动时，管中心流速最大，层流时的平均速度与管中心的最大流速的关系为( B )。

A. u ＝3/2 u max

B. u ＝1/2 u max

C. u ＝0.8u max

3.湍流的特征有( C )。

A.流体分子作布朗运动中

B.流体质点运动毫无规则，且不断加速

C.流体质点在向前运动中，同时有随机方向的脉动

D.流体分子作直线运动

4.微差压计要求指示液的密度差( C )。

A. 大

B. 中等

C. 小

D. 越大越好

5.水由敞口恒液位的高位槽通过一管道流向压力恒定的反应器，当管道上的阀门开度减小后,其水流量、

摩擦系数、管道总阻力损失将分别处于（ D ）。

A. 增大、减小、不变

B. 减小、增大、增大

C. 增大、减小、减小

D. 减小、增大、不变

6．当不可压缩理想流体在水平放置的变径管路中作稳定的连续流动时，在管子直径缩小的地方，其静压力( A )。

A.不变

B.增大

C.减小

D.不确定

7．水在内径一定的圆管中稳定流动，若水的质量流量保持恒定，当水温度升高时，Re值将( C )。

A.变大

B.变小

C.不变

D.不确定

8．层流与湍流的本质区别是( D )。

A.湍流流速大于层流流速

B.流动阻力大的为湍流，流动阻力小的为层流

C.层流的雷诺数小于湍流的雷诺数

D.层流无径向脉动，而湍流有径向脉动

9．在流体阻力实验中，以水作工质所测得的直管摩擦阻力系数与雷诺数的关系不适用于( B )在直管中的流动。

A.牛顿型流体

B.非牛顿型流体

C.酒精

D.空气

10. 一台试验用离心泵，开动不久，泵入口处的真空度逐渐降低为零，泵出口处的压力表也逐渐降低为

零，此时离心泵完全打不出水。发生故障的原因是( D )。

A. 忘了灌水

B. 吸入管路堵塞

C. 压出管路堵塞

D. 吸入管路漏气

11.离心泵停止操作时，宜（ A ）。

A. 先关出口阀后停电

B. 先停电后关出口阀

C. 先关出口阀或先停电均可

D. 单级泵先停电，多级泵先关出口阀

12.离心泵铭牌上标明的扬程是指（ B ）。

A. 功率最大时的扬程

B. 效率最高时的扬程

C. 泵的最大扬程

D. 最大流量时的扬程

13.泵安装地点的海拔越高，其（ C ）。

A. 大气压力就越高，允许吸上真空高度就越高

B. 大气压力就越高，允许吸上真空高度就越小

C. 大气压力就越低，允许吸上真空高度就越小

D. 大气压力就越低，允许吸上真空高度就越大

14.喷射泵是利用流体流动时( A )的相互转换来吸送流体。

A. 动能和静压能

B. 动能和位能

C. 静压能和位能

15.在一定流量下，流体在并联管路中作稳定连续流动，当并联管路数目愈多，则（ C ）。

A. 流体阻力损失越大

B. 流体阻力损失越小

C. 流体阻力损失与并联管数无关

16. 在法定计量单位制种，粘度的单位（ D ）。

A. cP

B. P

C. g/(cm·s)

D. Pa·s

17.以下表达式中正确的是（ B ）。

A.过滤速率与过滤面积A成正比

B.过滤速率与过滤面积平方A2成正比

C.过滤速率与所得滤液体积V成正比

D.过滤速率与虚拟滤液体积V e成反比

18沉降速度在斯托克斯区即层流区，说明( C )。

A.粘性阻力、形体阻力都起作用

B.粘性阻力、形体阻力都不起作用

C.粘性阻力起主要作用

D.形体阻力起主要作用

四.问答题

1.离心泵与往复泵通常可采用哪些方式进行流量调节？

答：离心泵进行流量调节通常有三种方法，即改变阀门的开度，改变泵的转速与切削叶轮调节。

往复泵流量调节通常采用改变电机转速，调节活塞往复的次数, 旁路调节。

2．当离心泵启动后不吸液，其原因主要有哪些？

答：离心泵启动后不吸液可能的原因：①由于灌液不够或底阀、泵壳密封不严密而漏液．使泵内存有空气发生气缚现象；②底阀或吸入管路堵塞；②安装高度过高（气蚀）：④电机接线不正确致使叶轮反转。

3.食品厂中应用静力学基本方程式的方法有哪些？写出用液柱高度表示的公式？

答：①压力测量⑴ U型管压差计，⑵斜管压差计，⑶微差压计；

②液面测量；

③确定液封高度。

由静力学基本方程式

gh

p

pρ

+

=

0可得液柱高度表示的公式为：

g

p

p

h

ρ

-

=

4. 雷诺准数的物理意义及判断流动类型？

答：物理意义：惯性力与黏性力之比。

判断类型：Re≤2000时，为层流；Re≥4000时，为湍流；Re在2000-4000为过渡流。

5. 看图解释流体输送适宜管径选择？

答：要考虑到总费用最省的原则。一般来讲，管径越大，流速越小，流阻也越小，所需泵功率会越小，动力费越小；随着管径增大，动力费减少。但管径增大，购买钢管的设备费投入会增大。所以，应根据具体的设计需要，选用总费用最省的管径，即适宜管径。

6.离心泵工作原理？

答：先将泵壳内灌满被输送的液体。启动泵轴带动叶轮旋转，叶片之间的液体随叶轮一起旋转，在离心力的作用下，液体沿着叶片间的通道从叶轮中心进口处被甩到叶轮外围，以很高的速度流入泵壳，液体流到蜗形通道后，由于截面逐渐扩大，大部分动能转变为静压能。于是液体以较高的压力，从压出口进入压出管，输送到所需的场所。当叶轮中心的液体被甩出后，泵壳的吸入口就形成了一定的真空，外面的大气压力迫使液体经底阀吸入管进入泵内，填补了液体排出后的空间。这样，只要叶轮旋转不停，液体就源源不断地被吸入与排出。

7.离心泵“气缚”现象？

答：离心泵若在启动前未充满液体，则泵壳内存在空气。由于空气密度很小，所产生的离心力也很小。此时，在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内。虽启动离心泵，但不能输送液体。

8.为什么滤饼过滤开始时，滤液有一点混浊，过一段时间才会转清？

答：当悬浮液中颗粒含量较多（体积>1％）、颗粒尺寸比过滤介质孔径小时，过滤开始会有部分颗粒进入过滤介质孔道里，迅速发生“架桥现象”。也会有少量颗粒穿过过滤介质而与滤液一起流走。随着滤渣的逐渐堆积，过滤介质上面会形成滤饼层。此后，滤饼层就成为有效的过滤介质而得到澄清的滤液。

第二部分热量传递（传热、制冷）

一.名词解释

1.对流传热：通过流体内分子的定向流动和混合而导致热量的传递。

2.自然对流：若流体的运动是由于流体内部冷、热部分的密度不同而引起的。

3.热通量：单位时间、单位面积所传递的热量。或热流量与传热面积之比。

4.错流：参与换热的两流体在传热面的两侧分别彼此呈垂直方向流动。

5.热交换：两个温度不同的物体由于传热，进行热量的交换。

6.稳定恒温传热：两种流体进行热交换时，在沿传热壁面的不同位置上，在任何时间两种流体的温度皆不变化。

7.制冷因数ε：制冷量与所耗外功之比。

8.载冷剂（冷媒）：用于将制冷系统产生的冷量传给被冷却物体的中间介质。

9.冻结速率：冻结始温和冻结终温之差与冻结时间比值。

10.冻结速度：食品表面到中心间的最短距离与达到10℃后中心温度降到冰点所需时间之比。

二. 填空题

1.牛顿冷却定律的表达式为_________，对流传热系数α的单位是_______。（Q=αAΔt，W/m2·K）

2.傅立叶定律是单位时间内的传热量与垂直于热流方向的导热截面面积和温度梯度成。（正比）

3.写出换热基本方程 .（Q=KAΔt）

4.当换热器的传热量及总传热系数一定时，采用_ 操作，所需的传热面积较小。（逆流）

5.冷、热气体在间壁换热器中换热，热气体进口温度200℃，出口温度120℃，冷气体进口温度50℃，两气体物性数据可视为相同,不计热损失时，冷气体出口温度为℃。（130℃）

6.冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90℃，出口温度为50℃，冷水进口温度为15℃，出口温度为53℃，冷热水的流量相同，则热损失占传热量的％。（5%）

7.总传热系数K值有三个来源：、和计算。（选取经验值、实验测定K值）

8.热源温度愈低，冷源温度愈高，制冷因数越_______。（大）

9. 制冷剂的放热量包括冷却、、三个阶段放热量。（冷凝、过冷）

10.一般冻藏食品温度在_____ 。（—18℃）

11.食品冷冻时_______ _所放出的热量是确定制冷设备大小的主要依据。（单位时间）

12 若流体内部有温度差存在：当有动传时必有_ 。（热传）

三.选择题

1.热量传递的基本方式是（ D ）。

A.恒温传热和稳态变温传热;

B.导热给热和热交换;

C.气化、冷凝与冷却;

D.传导传热、对流传热与辐射传热

2.穿过三层平壁的稳定导热过程，各层界面间接触均匀，第一层两侧温度120℃和80℃，第三层外表面温度为40℃，则第一层热阻R1和第二、三层热阻R2、R3的大小为（ C ）。

A. R1>(R2+R3)

B. R1<(R2+R3)

C. R1=(R2+R3)

D. 无法比较

3.对流传热流量=系数×推动力，其中推动力是（ B ）。

A. 两流体的温度差

B. 流体温度和壁温度差

C. 同一流体的温度差

D. 两流体的速度差

4.双层平壁定态热传导，两层壁厚相同，各层的导热系数分别为λ1和λ2，其对应的温度差为ΔT1和ΔT2,若ΔT1＞ΔT2，则λ1和λ2的关系为（ B ）。

A. λ1>λ2

B. λ1<λ2

C. λ1=λ2

D. 无法确定

5.对一台正在工作的列管式换热器，已知α1＝116w/m2.K ，α2＝11600 w/m2.K，要提高传热系数（K），最简单有效的途径是（ A ）。

A. 设法增大α1

B. 设法增大α2

C. 同时增大α1和α2

6.用冷却水将一定量的热流体由100℃冷却到40℃，冷却水初温为15℃，在设计列管式换热器时，采用两种方案比较，方案I是令冷却水终温为30℃，方案II是令冷却水终温为35℃，则( C )。

A.用水量 W1＞W2，所需传热面积A1＝A2

B.用水量 W1＜W2，所需传热面积A1＞A2

C.用水量 W1＞W2，所需传热面积A1＜A2

D.用水量 W1＝W2，所需传热面积A1＜A2

7.低温（深度）冷冻是指在( D )。

A.0℃以下的

B.-18℃以下的

C.-100℃以上的

D.-100℃以下的

8.衡量制冷机工作的标准是( A )。

A.制冷因数

B.制冷剂

C.制冷量

四.问答题

1.简述传导传热、对流传热和辐射传热,三者之间有何不同?

传导热是固体或静止流体的分子运动或分子振动传递热量。对流传热则是流体质点发生相对位移来传递热量。辐射传热是高温物体以电磁波形式向空间发射能量来传递热量。

2.房屋采暖时的暖气装置为什么通常放在下部，而空调制冷装置却安放在房间的上部？

答：一般房间室内换热通常用自然对流给热方式，而自然对流给热的效果与换热面的位置有关。采暖时由于热空气的气体受热后体积膨胀且密度减小。因此热空气向加热面上方流动；同时冷空气因密度大于热空气而下降至加热面附近，即在加热面上方的较大空间有利于产生较强的自然对流，从而增加对流给热效果。同理，空调等制冷装置安放在房间上部的原因也是增强自然对流效果。

3.影响对流传热系数的主要因素？

答：①流体的状态：液体、气体、蒸汽及在传热过程中是否有相变化。有相变化时对流传热系数比无相变化时大的多；

②流体的物理性质：影响较大的物性有密度ρ、比热C p、导热系数λ、粘度μ等；

③流体的流运状况：层流、过渡流或湍流；自然对流，强制对流；

④传热表面的形状、位置及大小：如管、板、管束、管径、管长、管子排列方式、垂直放置或水平放置等。

4.简述食品冷冻机理？

答：①在0℃以下低温，微生物生命活动显著受抑制，防食品腐败；

②氧化和酶反应速度显著下降；

③水分活度降低。

5.试述对流传热的机理?

答：热流体流过管道时, 在湍流主体中,流体剧烈拢动,形成漩涡, 使质点强烈混合而交换热量，温度较均匀，几乎不存在温度梯度；但在紧靠管壁，有一层很薄的作层流流动的流体层（层流底层），在这层薄层内，热量传递以导热方式进行，从微观上言，是靠分子传递。由于流体的导热系数很小，故热阻丝要集中层流底层内。对管内层流流动，热量传递也是主要靠导热。但由于温度存在（轴向的，径向的），有密度差，会引起质点的对流，比较复杂。

6.换热器的散热损失是如何产生的？应如何来减少此热损失？

答：由于换热器外壁面温度往往高于周围外界空气的温度，外壁面不断通过对流和辐射传将热量传给换热器周围的空气而散失，即产生散热损失。为了减少散热损失，一般在换热器外壁面上包上一层（或两层）导热系数较小的绝热材料（或不同的两种导热系数较小的绝热材料），使传热热阻增大，外壁面温度降低，从而减小了散热损失。

第三部分质量传递（干燥、传质、蒸馏、萃取、膜分离）

一.名词解释

1.质量传递：因浓度差而产生的扩散作用形成相内和相间的物质传递过程。

2.介电加热干燥：是将要干燥的物料置于高频电场内，由于高频电场的交变作用使物料加热而达到干燥的目的。

3.临界含水量：物料干燥达临界点时的物料含水量。

4.比焓：湿空气的焓为干空气的焓和水汽的焓之和。或称湿空气的热含量。

5.干燥的表面汽化控制：物料中水分表面汽化的速率小于内部扩散的速率。

6.分子扩散：单相内存在组分的化学势差，由分子运动而引起的质量传递。

7.费克定律：单位时间通过单位面积物质的扩散量与浓度梯度成正比。

8.挥发度：达到相平衡时，某组分在蒸汽中的分压和它在平衡液相中的摩尔分率之比。

9.超临界流体：物质处于其临界温度和临界压力以上状态时，向该状态气体加压，气体不会液化，只是密度增大，具有类似液态性质，同时还保留气体性能。

10.萃取：使溶剂与物料充分接触，将物料中的组分溶出并与物料分离的过程。或利用混合物各组分对某溶剂具有不同的溶解度，从而使混合物各组分得到分离与提纯的操作过程。

二. 填空题

1.相对湿度φ：0≤φ≤1，φ越，空气吸湿的能力越强，越干燥。（小）

2.物料的干燥过程是属于和相结合的过程。（传热、传质）

3.干燥操作中，不饱和湿空气经预热器后湿度，温度。（不变，升高）

4.在干燥操作中,物料中所含小于平衡水分的水分,称为。（不可去除水分）。

5.密度、和是超临界流体的三个基本性质。（黏度、扩散系数）

6. 介于超滤和反渗透之间一种膜分离技术。（纳滤）

7.纳滤是以为推动力的膜分离过程，是一个不可逆过程。(压力差)

8.常见传质过程是_______引起。（浓度差）

9.超临界状态既不是气体也不同于液体，属于状态。（流体）

10.精馏过程就是利用混合液的各组分具有不同的 ,利用多次部分、多次部分的方法,将各组分得以分离的过程。（沸点或挥发度，汽化、冷凝）

11.在湿空气的焓-湿图中, 线以下的区域对干燥操作无意义。（饱和空气）

12.超临界流体的密度接近于状态。（液体）

三.选择题

1.当物料含水量x大于临界含水量x0时，属（ D ）。

A.干燥速率为零

B.内部扩散控制

C.降速干燥阶段

D.恒速干燥阶段

2.由湿球温度方程可知湿球温度T w为（ B ）。

A.干球温度、露点的函数

B.干球温度、湿度的函数

C.湿球温度、湿度的函数

D. 湿球温度、露点的函数

3.对于一定干球温度的空气，当其相对湿度愈低时，其湿球温度( C )。

A.愈高

B. 不变

C.愈低

D.不一定，尚与其它因素有关

4.在一定温度下，物料的结合水与非结合水的划分，取决于（ A ）。

A.物料的性质

B.空气的状态

C.空气的状态和物料的性质共同决定

D.与影响因素有关

5.在焓湿图上，已知湿空气的下列哪两个参数，可以查得其它未知参数( A )。

A. (H，T )

B. (T d，H)

C. (p v，H)

D. (h，T w)

6.蒸馏操作属于（ B ）

A. 传热

B. 传热加传质

C. 传质

7.超临界萃取时的传质速率( A )其处于液态下的溶剂萃取速率。

A. 大于；

B. 小于；

C.等于。

8.超滤是利用孔径( C )的超滤膜来过滤含有大分子物质或微细粒子的溶液，使大分子物质或微细粒从

溶液中分离出来。

A. 100μm；

B. 0.02~10μm；

C. 0.001~0.02μm。

9.传质过程的阻力是（ A ）。 A.扩散阻力 B.热阻 C.磨擦阻力

四.问答题

1.湿空气的干球温度、湿球温度、露点在什么情况下相等，什么情况下不等?

答：对于饱和的湿空气T＝T w＝T d ；

对于不饱和的湿空气T＞T w＞T d。

2.测定湿球温度时，当水的温度不同时，对测量结果有无影响？为什么？

答：无影响。若水温等于空气球温度时，则由于湿纱布表面的水分汽化而使其水温下降；若水温高也会降温（一方面供给水分汽化需要热量，一方面散热至空气中）；若水温低则水分汽化需要的热量就会从空气吸热，最终都会达到湿、热平衡。

3.在对流干燥过程中, 为什么说干燥介质—湿空气既是载热体又是载湿体？

答：引物料中水分汽化需要热量，此热量由空气供给，而汽化的水汽又要靠空气带走（破坏其平衡状态），以便使干燥能稳定连续地进行。故湿空气在干燥过程中起到供热、去湿的作用。因此称湿空气既是载热体又

是载湿体。 4.简要说明对流干燥过程是一传热过程，又是一传质过程？

答：湿空气预热可提高载热载湿的能力（湿含量不变，温度增加，相对湿度下降，传热传质推动力加大）。热空气传热给湿物料是一个传热过程，湿物料中的湿分汽化扩散至气体主体是一个传质过程。

5．如何强化干燥过程？

答：强化干燥过程要依据干燥的不同阶段而采取不同的措施。在等速干燥阶段．要使干燥速率提高，其措施有：增大热空气的温度、降低其湿度：增大热空气的流速；改变其接触方式（如垂直流过物料层效果比平行好，若将物料充分分散于气流中更好）。

在降速干燥阶段，主要通过改变物料的尺寸（变小）、厚度（减薄）或将物料充分分散于气流中来增大其汽、固两相的接触面积或加强搅拌等措施来提高干燥速率。

6．湿物料经干燥后达不到产品含水量的要求（偏高），你认为应采取什么措施来解决它？

答：若在等速干燥阶段达不到含水量要求，可适当提高热空气的温度或降低其湿度，或采用加大气流速度等措施来强化干燥过程，使物料含水量达到要求。

若在降速干燥阶段达不到含水量要求，则应想法改变汽、固两相接触方式，如加强物料层搅拌或改变物料的大小（变小、减薄）等来达到。当然延长干燥时间也是解决方法之一，但这不是好方法，因为这样做会使产量减小。

7.对萃取法与蒸馏法提取应用特点进行比较？

答：①萃取法用于混合物中各组分沸点接近或形成恒沸物，用一般蒸馏法不能分离或很不经济；

②萃取法用于溶质的浓度很低且为难挥发组分，用蒸馏法所消耗的热量很大；

③萃取法可用于热敏性混合物的分离，用蒸馏法易受热破坏。

8.对萃取法与蒸馏法二者进行比较？

答：都是传质过程，蒸馏法适用于液体，萃取法适用于液体和固体。

①蒸馏法：分离液体混合物，是利用溶液中各组分蒸汽压的差异，即各组分在相同的压力、温度下，其挥发性能不同（或沸点不同）来实现分离目的。

或者说利用液体混合物各组份沸点（或挥发度）不同，将物质多次部分气化与部分冷凝，从而使液体混合物分离与提纯的过程。

②萃取法：使溶剂与物料充分接触，将物料中的组分溶出并与物料分离的过程。

或者说利用混合物各组分对某溶剂具有不同的溶解度，从而使混合物各组分得到分离与提纯的操作过程。

第四部分 计算题

1.[绪论习题-2] 将固形物含量为14%的碎果在混合器中与糖和果胶混合，质量比例为碎果∶糖∶果胶=1∶

1.22∶0.0025。然后将混合物蒸发得固形物含量67%的果酱。对1000kg 的碎果进料，可得多少果酱，蒸出水多少千克。（答：果酱2033.58㎏和蒸出水188.92㎏ ）

解：加入的总物料质量为：

()

kg 5.22225.2122010000025

.0100022.1100011000=++=?+?+?=+胶糖果＋m m m

设混合蒸发后得到的果酱为()kg m 酱，蒸出的水分为()kg W ，则

总物料衡算：5.2222=W m ＋酱 固形物衡算：5.2122014.0100067++?=?o o m 酱 ()()k g 92.188k g 58.2033==W m 酱

答: 可得果酱2033.58㎏和蒸出水188.92㎏.

2.[习题1-4]某一套管换热器，其内管为Φ3

3.5×3.25mm外管为Φ60×3.5mm。内管流过密度为1150kg/m 3，流

量为5000kg/h 盐水。管隙间流压力（绝压）为0.5MPa ，平均温度为0℃，流量为160kg/h 的气体。标准状态下

气体密度为1.2 kg/m 3，试求液体和气体的流速分别为若干m/s ？（答：U=2.11m/s;U=5.69m/s ）

解：mm 27225.35.33=?-=内d ，mm 5325.360=?-=外d ；

对液体：1s m -?=???===11.2

027.011503600/500044

/22ππρ内d m A V u l l

l l l ； 对气体：0101P P =ρρ?3

m kg -?=???==92.51001325.1105.02.156

0101P P ρρ， ()22

4内外内外D d A A A g -=-=π ()2322m 1032.10335.0053.04?=-=π， 13s m 69.592.51032.13600/160/--?=??===g g g g g

g A m A V u ρ。

答:液体流速为2.11m/s ，气体流速为5.69m/sm 。

3.[习题1-9]已知水在管中流动。在截面1处的流速为0.5m/s 。管内径为0.2m ，由于水的压力产生水柱高为1m ；在截面2处管内径为0.1m 。试计算在截面1、2处产生水柱高度差h 为多少？（忽略水由1到2处的能量损失） （答：0.191m ）

解：1s m -?=??? ???=????

??=21.02.05.0222112d d u u ， 对截面1与截面2列伯努利方程： g P g u g

P g u ρρ2

2212122+=+ ?

g u u g P P 2_212221=-ρ， Θgh P P

P ρ=-=?21， ∴m 191.08.925.022_222

12221=?-==-=?=g u u g P P g P h ρρ。 答: 水柱高度差h 为0.191m 。

4.[例题]水在20℃时的物理性质μ=1.005×10-3 Pa·s，ρ=998.2kg/m 3以27m 3/h 的流量流过规格为ф88.5×4mm，长度为100m 的钢管，判定水的流型？若λ=0.0261，求所产生的阻力损失。(答：为湍流，阻

力损失35J/kg.，或压头损失3.57m ，或压力损失1.34×104 Pa)

解：①先判定流型:管内径d=88.5－4×2=80.5mm=0.0805m s m A q u V /47.10805.0785.03600/272=?== 531018.110

005.12.99847.10805.0Re ?=???==-μρdu Re ＞4000，为湍流 ②kg J u d l H f /352

0805.047.11000261.022

2=???=?=λ 或m g u d l h f 57.381.920805.047.11000261.022

2=????=?=λ 或Pa Pa u d l h P f f 42

21034.158.133972

0805.047.12.9980261.02?==???=?==ρλρ 答：为湍流，阻力损失35J/kg.

5. [1-11]在图示装置中，出水管直径为ф57×3.5mm。当阀门全闭时，压力表读数为30.4kPa,而在阀门开启

后，压力表读数降至20.3kPa,设总压头损失为0.5m （水柱），求水的流量为若干m 3/h ? ( 答：22.8m 3/h )

解：取水面为00'-截面，压力表处为11'-截面，以压力表管中心线为基准面。故00=P ，01=Z 。 当阀门全关闭时：kPa 4.301=P ，

由流体静力学原理得：

ρρ1

100P g Z P g Z +=+

m 1.38.91000104.303

10=??==?g P Z ρ，

当阀门打开后，在00'-截面与11'-截面间列伯努利方程：

f h

g u g P Z g u g P Z +++=++222

1112000ρρ

式中00=u ，kPa 3.201=P ，水柱m 5.0=f h ， 11s m 22.3-?=?u ，

1214u d Au q V π

==()132h m 8.223600422.325.357-?=???-?=

π。 答：水的流量为22.8m 3/h

6. [2-1]某离心泵以15℃的水进行性能试验，体积流量为540m 3/h ，泵出口压力表的读数为350kpa ，泵入口真

空表的读数为30kpa 。若压力表和真空表测压截面间的垂直距离为350mm ，吸入管和压出管内径分别为350mm 和310mm ，试求泵的扬程。（ 答：39.2m ）

解：1313s m h m --?=?=15.0540V q ， ()1222s m 99.131.015.04-?=??==

πA q u V ， ()12

11s m 56.135.015.04-?=??==

πA q u V ，

g u u g P g P h g u u H H h H 222122

2102122210-+++=-+++=ρρ m 2.398

.9256.199.18.9100010308.910001035035.02

233=?-+??+??+=。 答：泵的扬程.39.2m

7.[2-3]某离心泵的额定流量为16.8 m 3/h ，扬程为18 m 。试问此泵是否能将密度为1060 kg/m 3，流量为15 m 3/h

的流体的液体，从敞口贮槽向上输送到表压为30 kPa 的设备中, 敞口贮槽与高位设备的液位的垂直距离为8.5 m 。已知管路的管径为Ф75.5mm ×3.75mm ，管长为124m （包括直管长度与所有管件的当量长度），摩擦因数为0.03。（答：此泵可用）

解：()1s m -?=??-??==15.13600

200375.00755.01542πA q u V 18m m 1.158.9215.1068.012403.08.9106010305.822

32<=?+??+=+?+?=g u d l g P Z H λρ

答：离心泵的送液能力和扬程都大于管路系统所要求的，故此泵可用。

8.[绪论习题-4]在空气预热器中用蒸汽将流量1000kg/h,30℃的空气预热至66℃，空气的平均比热容K kg J C p ?=/1005，所用加热蒸汽温度143.4℃，离开预热器的冷凝水温度138.8℃(比焓分别为：kg kJ kg kJ /76.583;/1.2742=21h h ＝)。求蒸汽消耗量。（答:蒸汽消耗量16.76 kg/h.）

解:C t C t ?=?=663021和间空气的平均比热容：K kg kJ C p ?=/005.1

C T C T ?=?=8.138,4.14321的水蒸气比焓：kg kJ kg kJ /76.583;/1.2742=21h h ＝

在无损失时，热流体的放热速率应等于冷流体的吸热速率，即：

()

()h kg h h t t C q q t t C q h h q C p m h m h C p m C m h /76.1676.5831.27423066005.11000)

()(21121221=--??=--=-=-

答:蒸汽消耗量16.76 kg/h.

9.[例题]某冷库壁内外层砖壁厚各为12㎝，中间夹层填以绝热材料厚10㎝。砖的导热系数为0.7W/（mK ），绝热材料导热系数0.04W/（mK ）。墙的外表面温度为10℃，内表面温度为-5℃。试求进入冷库的热流密度及绝缘材料与砖墙两接触面的温度。（答: 与砖墙两接触面的温度分别为9.1℃和-4.1℃.）

解：已知t 1=10℃, t 4=-5℃, b 1=b 3=0.12m. b 2=0.10m,λ1=λ3=0.70W/（m·K）, λ2=0.04W/（m·K）

)/(27.570.012.004.010.070.012.0)5(10233221141m W b b b t t Q =++--=???? ??++-=λλλ

C b Q t t ?=?-=-=1.970.012.027.51011

12λ

C b Q

t t ?-=?-=-=1.404.010.027.51.92223λ 答:该冷库壁的温度降主要在绝热材料层发生，与砖墙两接触面的温度分别为9.1℃和-4.1℃。

10.[ 例题] 在φ60×3.5mm 的钢管外包有两层绝热材料，里层为40mm 的氧化镁粉，平均导热系数λ=0.07W/（m·K），外层为20mm 的石棉层，其平均导热系数λ=0.15W/（m·K）。现用热电偶测得管内壁的温度为500℃，最外层表面温度为80℃，管壁的导热系数λ=45W/（m·K）。试求每米管长的热损失及保温层界面的温度。（答: 热损失191W/m,保温层界面的温度132℃）

解：已知()m r m r 03.00035.00265.00265.020035.02060.021=+==÷?-=， m

r m r 09.002.007.007.004.003.043=+==+=，

1.每米管长的热损失 ()3

43232121411ln 1ln 1ln 12r r r r r r t t q L Q λλλπ++-== m W q /19107

.009.0ln 15.0103.007.0ln 07.010265.003.0ln 451)80500(14.321=++-??= 2.保温层界面温度t 3 ()232121311ln 1ln 12r r r r t t q λλπ+-= 03.007.0ln 07.010265.003.0ln 451)500(14.321913+-??=?t 解得： t 3=132℃

答: 保温层界面温度132℃。

11.[ 例5-7] 现用一列管式换热器加热原油，原油在管外流动，进口温度为100℃,出口温度为160℃；某反应物在管内流动，进口温度为250℃，出口温度为180℃。试分别计算并流与逆流时的平均温度差。 （答:△t m 并=65℃，△t m 逆=85℃）

解： 并流 2121ln t t t t t m ???-?=?C ?=-=-----=6520

150ln 20150160180100250ln )160180()100250( 逆流 2

121

ln t t t t t m ???-?=?C ?=-=-----=858090ln 8090100180160250ln )100180()160250( 答:逆流时的平均温度差85℃比并流时65℃大。

12.[ 例5-8]用刮板式换热器冷却苹果酱，苹果酱质量流量为50 kg/h ，比热容为3187J/kgK ，进口温度为80℃,出口温度为20℃。套管环隙逆流通冷水，比热容为4186J/kgK ，入口温度为10℃，出口温度为17℃。传热系

数K 为568W/m 2K 。求需要的冷却水流量；与并流进行换热平均温差及换热面积比较。（答: 冷却水流量326kg/h;

逆流△t m =28.8℃，换热面积0.162m 2;△t m =21.3℃, 换热面积0.22m 2）

解： 1.先求传热量：

W

h J T T c q Q ph mh 2660/1056.9)2080(318750)

(621=?=-??=-= 冷却水流量： h kg t t c Q q pc mc /326)

1017(41861056.9)(621=-?=-= 2.逆流时热流体T ： 80→20

冷流体t ： 17←10

Δt m ：63 10 =-----=

?10201780ln )1020()1780(m t K 8.281063ln 1063或C ο=- 2162.08.285682660m t K Q A m =?=?=

3.并流时热流体T ：80→20

冷流体t ：10→17

Δt m ：70 3 =-----=?17201080ln )1720()1080(m t K 3.213

70ln 370或C ο=- 2

220.03.215682660m t K Q A m =?=?= 答：冷却水流量326kg/h; 逆流△t m =28.8℃，换热面积0.162m 2; 并流△t m =21.3℃, 换热面积0.22m 2

逆流比并流时的平均温度差大，所需换热面积较小。

13. [例7-2 ]有一连续干燥器，要求将1200kg/h 湿基含水量为10%的湿物料减至2%。干燥介质为空气，进入干燥器时湿含量0.008 kg 水/kg 干空气，离开干燥器0.05 kg 水/kg 干空气。求：(1)水分蒸发量Ｗ； (2)空气消耗量Ｌ；

(3)干燥产品量。(答：水分蒸发量98 kg/h ，干燥空气用量2330 kg d /h ，干燥产品量1100 kg/h)

解： (1) 水分蒸发量Ｗ h kg w w w G W /9802.0102.010.0120012211

=--?=--=

(2) 干燥空气用量Ｌ

h kg H H W L d /1033.2008.005.098312?=-=-=

(3) 干燥产品量G 2 h kg w w G G /1010.102.0110.011200113211

2?=--?=--=

答：水分蒸发量98 kg/h ，干燥空气用量2330 kg d /h ，干燥产品量1100 kg/h

14. [9-9]常压下，空气在温度为20℃、湿度为0.01 kg 水/ kg 绝干气的状态下被预热到120℃后进入理论干燥器，废气出口的湿度为0.03 kg 水/ kg 绝干气。物料的含水量由3.7%干燥至0.5%（均为湿基）。干空气的流量为8000kg

干空气/h 。试求：⑴每小时加入干燥器的湿物料量；⑵废气出口的温度。

（答：4975 kg/h ，68.9℃） 解：⑴1h kg -?=-=-=160)01.003.0(8000)(12H H V W ，

物料衡算：)1()1(2211ωω-=-=G G G C ，W G G =-21， ?)1)(

()1(2111ωω--=-W G G ， 得：2211

1ωωω--=G W ，2

1211ωωω--=W G ， ?1h kg -?=--?=4975005

.0037.0005.011601G ； ⑵在理论干燥器中，12I I =，

03.02500)03.088.101.1(01.02500120)01.088.101.1(2?+?+=?+??+t

解得废气出口温度C ?=9.682t 。

答：每小时加入干燥器的湿物料量4975 kg/h ，废气出口的温度68.9℃

15.[例7-4] 湿物料在恒定干燥条件下在5h 内由干基含水量35%降至10%。如果物料的平衡含水量为4%（干基），临界含水量为14%（干基），求在同样的干燥条件下，将物料干燥到干基含水量6%多长时间。（答：干燥时间7.1h 。）

解：已知 x 1=0.35， x 2=0.10 ，临界含水量x 0=0.14kg 水/kg 干物料，平衡含水量x*=0.04kg 水/kg 干物料， ???

? ??--+--?=*2*0*0010ln X X X X X X X X A u G c τ

??

? ??--+--=04.010.004.014.0ln 04.014.014.035.050A u G c 92.10=?A u G c

若x 1=0.35， x 2=0.06kg 水/kg 干物料 h 1.704.006.004.014.0ln 04.014.014.035.092.1=???

??--+--=τ

答：干燥时间7.1h 。 16.[9-12]在恒定干燥条件下，将某湿物料由干物料1.kg kg -=水133.0X ，干燥至干物料1.kg kg -=水209.0X ，

共需7小时。已知物料的临界含水量为干物料1.kg kg -=水016.0X ，平衡含水量为干物料1.kg

kg -=水05.0*X 。

问继续干燥至干物料1.kg kg -=水307.0X ，再需多少小时？（答：1.9h ） 解：21τττ+=7]ln )()[(*2*

0*0010=---+-?=X

X X X X X X X A u G c 7]05.009.005.016.0ln )05.016.0()16.033.0[(0=---+-?A u G c

所以， 9.240=?A

u G c 所以得， 21τττ+=]ln )()[(*

3*

0*0010X X X X X X X X A u G c ---+-?= h 24.99.8]05

.007.005.016.0ln )05.016.0()16.033.0[(=---+-?= 即再需 1.9h h h =-79.8

答：再需1.9 h 。

17.【书例9-6】 某批物料的干燥速率曲线为20.00=X ，05.0*=X ，3600

5.10=

u 。将该物料由含水量25%干燥至6%（均为湿基）。湿物料的初质量为160kg ，干燥表面积为0.025m 2/kg 绝干料，设装卸料时间为h 1'=τ，试确定每批物料的干燥时间。（答：每批物料干燥周期为14.03 h 。）

解： kg w G G c 120)25.01(160)1(11=-=-=

23120025.0m A =?= 333.025.0125.01111=-=-=

w w X

064.006.0106.01222=-=-=

w w X

)]ln()()[(*

2*0*001021X X X X X X X X A u G c ---+-=

+ττ )]05

.0064.005.020.0ln()05.020.0()20.0333.0[(35.13600120---+-??= h s 03.1346918)37.215.0133.0(96000==?+?=

装卸料时间为h 1'=τ 答：每批物料干燥周期为14.03 h 。

《食品工程原理》常用公式

第一部分 动量传递

实际流体的柏努利方程式 m h g

P g u z H g P g u z f e +++=+++ρρ2222121122 12222121122-?+++=+++kg J W P u gz W P u gz f e ρρ

范宁公式 g u d l h f 22??=λ 单位：m 哈根-泊稷叶方程 2

32d lu p μ=? 离心泵的基本方程式g u u g p p h H V M 221220-+++=ρ 管道直径的估算 2

785.0d q u V = 第二部分 热量传递

热流体放出热量=冷流体吸收热量 ()()1221t t c q T T c q pc c m ph h m -=- 傅立叶定律dx

dt

A Q λ-=牛顿冷却定律()t t A Q w -=α对数平均温差2

121ln t t t t t m ???-?=? n 层平壁稳定热传导()

∑∑==+-=n i i i n i i i b A t t Q 1111λ n 层圆筒的传热速率()∑∑=+=+-=n i n n n i n n r r t t L Q 1111ln 12λπ

第三部分 质量传递

湿基含水量湿物料的总质量湿物料中水分的质量=w 干基含水量量湿物料中绝对干料的质湿物料中水分的质量=x 两种含水量之间的换算关系湿物料水kg kg x

x w /1+= 干物料水kg kg /1w w x -= 干燥产品量2

11

211w w G G --= 水分蒸发量 22111w w w G W --= 干燥空气用量12H H W L -= 干燥速率ττd A dX G d A dW u c

??-=?=

物料总干燥时间]ln )()[(*2*0*0010X X X X X X X X A u G c ---+-?=τ 或???

? ??--+--?=*2*0*0010ln X X X X X X X X A u G c τ